Вопрос качества передачи и получения электрической энергии во многом зависит от состояния оборудования, которое участвует в этом сложном технологическом процессе. Поскольку в энергетике транспортируются огромные мощности на большие расстояния, то к характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования.
Как вы узнаете, обеспечит ли ваша проводка разумную эффективность работы? Давайте рассмотрим несколько примеров, используя уравнения на боковой панели. Пример 1: Определите падение напряжения. Запустите многожильный провод № 10 длиной 200 футов при 20А.
Пример 2. Определение размера проволоки. Запустите многожильный медный провод 200 футов при 20А. Вы можете найти размер провода, алгебраически изменяя первое уравнение, или вы можете использовать следующий метод. Пример 3. Определение длины провода. Запустите многожильный медный провод № 10 для цепи 20А.
Причем снижению потерь напряжения постоянно уделяется внимание не только на протяженных высоковольтных магистралях, но и во вторичных цепях, например, измерительных трансформаторов напряжения, как показано на фотографии.
Кабели вторичных цепей ТН с каждой фазы собираются в одном месте — шкафу клеммной сборки. От этого распределительного устройства, расположенного на средней мачте крепления оборудования, цепи напряжения отдельным кабелем поступают на клеммник панели, расположенной в релейном зале.
Принцип расчета потерь напряжения
Пример 4. Определение максимальной нагрузки. Запустите многожильный медный провод № 10 для 200-футовой цепи. 200 футов № 2 могут обрабатывать 24А. Он преобразует число 2 в «732». Эта рекомендация является проблемой производительности, а не проблемой безопасности.
Эти рекомендуемые потери напряжения связаны с производительностью. Если схема поддерживает большую часть нагрузки, более крупный проводник будет много платить за счет экономии энергии. Когда сопротивление проводника приводит к падению напряжения ниже допустимой точки, увеличьте размер проводника.
- Эффективность системы.
- Производительность системы.
- Ослабляющие нагрузки работают лучше всего, когда падение напряжения минимально.
Силовое первичное оборудование располагают на значительном удалении от защит и измерительных устройств, смонтированных на панелях. Протяжённость подобного кабеля достигает 300÷400 метров. Такие расстояния ведут к ощутимым потерям напряжения во внутренней схеме, что может серьёзно занизить метрологические характеристики измерительных приборов и системы в целом.
Сечение провода находится из отношения
Если вы увеличиваете длину проводника, вы увеличиваете его сопротивление и, следовательно, увеличиваете его падение напряжения. Если вы увеличиваете ток, вы увеличиваете падение напряжения проводника. Общее падение напряжения фидера и ответвления не должно превышать 5% от источника.
Чтобы проверить свои знания, выполните следующую викторину. Максимальное падение напряжения на проводнике, рекомендованное как для фидера, так и для ответвления, составляет 5% от источника напряжения. Поэтому правильный ответ - 114В. Выполнение расчетов. Вы можете определить падение напряжения проводника, используя метод закона Ома или метод формулы, но вы можете использовать только метод закона Ома для однофазных систем. Независимо от того, какой метод вы используете, соблюдайте следующее.
По этой причине качество преобразования первичной величины напряжения, например, 330 кВ во вторичное значение 100 вольт с необходимым классом точности 0,2 или 0,5 может не укладываться в допустимые пределы, требуемые для надежной работы измерительных комплексов и защит.
Чтобы исключить подобные ошибки на стадии эксплуатации все измерительные кабели подвергаются расчету на потери напряжения еще во время проектирования схемы электрического оборудования.
Пусть выполняется выборка с использованием метода закона Ома. Поэтому правильный ответ - 4В. Этот метод несколько более востребован, чем метод закона Ома, но большим преимуществом является то, что вы можете использовать его для однофазных или трехфазных систем. Вот некоторые дополнительные пункты для наблюдения.
При расчете расстояния между проводниками используйте это расстояние плюс любое расстояние вверх или вниз. Например, нагрузка составляет 140 футов от источника, но схема поднимается на 10 футов в потолок, а затем вниз на 10 футов от потолка до нагрузки. Аппроксимация достаточно хороша. . Давайте посмотрим на трехфазный пример. Каково приблизительное падение напряжения проводников схемы питания?
Как создаются потери напряжения
Кабель состоит из токопроводящих жил, каждая из которых окружена слоем диэлектрика. Вся конструкция помещена в герметичный диэлектрический корпус.
Металлические проводники размещены довольно близко между собой, плотно прижаты защитной оболочкой. При большой длине магистрали они начинают работать . За счет его действия образуется емкостное сопротивление, являвшееся составной частью реактивного.
Применение трехфазной формулы, где. Поэтому правильный ответ - 5В. Не забывайте проверять, что вы не превысили рекомендуемое требование Кода 3% падения напряжения в конце ответвления или фидера. Алгебраические вариации. Используя базовую алгебру, вы можете применить одну и ту же базовую формулу, чтобы найти одну из других переменных, если вы уже знаете падение напряжения. Например, предположим, что вы хотите знать, какой проводник размера вам нужен, чтобы уменьшить падение напряжения до желаемого уровня.
Для трехфазного он будет выглядеть так. Выберите провод соответствующего размера, чтобы ограничить падение напряжения на цепи до менее 3%. Помните, что для однофазных вычислений вы использовали бы вместо 2. Какого размера проводник предотвратит падение напряжения выше 3%?
В результате преобразований на обмотках трансформаторов, реакторов и других элементах с индуктивностями мощность электрической энергии приобретает индуктивный характер. Резистивное сопротивление металла жил образует активную составляющую полного или комплексного сопротивления Zп каждой фазы.
Для работы под напряжением кабель подключается на нагрузку с полным комплексным сопротивлением Zн в каждой жиле.
Вычисление максимального расстояния, которое вы можете установить трансформатор из панели, прост, если вы знаете круговые милы и постоянную постоянную постоянную цепи проводника, нагрузку в амперах на 100% и допускаете минимальное падение напряжения на 3%.
При работе с существующими цепями ваша нагрузка будет ограничена существующим размером проводника и расстоянием от источника. Иногда единственным ограничением падения напряжения является ограничение нагрузки. Пройдем через требуемый расчет. Затем посмотрите на это для падения напряжения, чтобы получить правильные компромиссы между производительностью и стоимостью.
Во время эксплуатации кабеля в трехфазной схеме при номинальном режиме нагрузки токи в фазах L1÷L3 симметричны, а в нейтральном проводе N протекает ток небаланса очень близкий к нулю.
Комплексное сопротивление проводников при протекании по ним тока вызывает падение и потери напряжения в кабеле, снижает его входную величину, а за счет реактивной составляющей еще и отклоняет по углу. Все это схематично показано на векторной диаграмме.
Уменьшение рабочей длины кабеля
На самом деле мой вопрос был спровоцирован другим вопросом, касающимся использования диодного диффузионного напряжения в качестве «напряжения питания». На мой взгляд, как «падение напряжения», так и «напряжение» являются напряжениями, но «падение напряжения» является производной от «напряжения».
Если мы рассмотрим напряжение на элементе, «напряжение» означает «собственное напряжение», а «падение напряжения» означает некоторое «напряжение» другого. Таким образом, в первом случае элемент активен, а во втором случае элемент пассивный. Чтобы наблюдать напряжение на элементе, нам нужен только один элемент - источник, а для наблюдения падения напряжения нам нужна схема, состоящая по крайней мере из трех элементов последовательно - источник, нагрузка и пассивный элемент, соединенный между ними.
На выходе кабеля действует напряжение U2, которое отклонено от вектора тока на угол φ и снижено на величину падения I∙z от входного значения U1. Другими словами, вектор падения напряжения в кабеле образован прохождением тока по комплексному сопротивлению проводника и равен значению геометрической разности входного и выходного векторов.
Обратите внимание, что вольтметр, подключенный к элементу, не «знает», что именно он измеряет, - напряжение, создаваемое самим элементом, или частичное напряжение, создаваемое внешним источником. Интересно, что в последнем случае мы также не знаем, что мы на самом деле измеряли - напряжение или падение напряжения. Пусть, например, рассмотрим диодную схему, состоящую из источника напряжения, резистора и диода, где мы подключили вольтметр к диоду.
Как создаются потери напряжения
Испытание на падение напряжения - отличный диагностический навык, который вы можете использовать для решения многих автомобильных электрических проблем. Со временем электрические устройства изнашиваются, а электрические контакты, клеммы и провода могут стать корродированными, ослабленными или сломанными, что приводит к нежелательному электрическому сопротивлению, которое препятствует нормальной работе схемы.
Для наглядности он показан увеличенным масштабом и обозначен отрезком ас или гипотенузой прямоугольного треугольника асk. Его катеты ak и kc обозначают падение напряжения на активной и реактивной составляющей сопротивления кабеля.
Мысленно продолжим направление вектора U2 до пересечения с линией окружности, образованной вектором U1 из центра в точке О. У нас появился вектор ab, с углом, повторяющим направлением U2 и длиной, равной арифметической разности величин U1-U2. Эта скалярная величина называется потерей напряжения.
Визуальный осмотр проблемной схемы редко дает вам много информации об устранении неполадок. Более того, стандартная проверка напряжения или сопротивления может не показать ничего плохого, что заставляет вас тратить время и много раз-деньги. Вот почему испытание на падение напряжения должно быть одним из ваших основных инструментов для устранения неполадок, связанных с электричеством.
Сделано правильно, этот тест может рассказать вам, падает ли цепь на большее напряжение, чем должно было бы. В этом руководстве рассказывается, что может показаться тест на падение напряжения, как он используется и дает вам практическое применение для теста. Кроме того, вы найдете, как превратить сложные схемы в простые для тестирования и несколько полезных советов. Итак, через несколько минут вы будете готовы применить этот новый навык с помощью цифрового мультиметра.
Ее рассчитывают при создании проекта и замеряют в процессе эксплуатации кабеля для контроля сохранности его технических характеристик.
Для проведения эксперимента необходимо выполнить два замера вольтметром на разных концах: входе и нагрузке. Поскольку разница между ними будет маленькая, то необходимо пользоваться высокоточным прибором желательно класса 0,2.
Какое падение напряжения может выявить
Поэтому давайте посмотрим, что означает падение напряжения на практике, так что вы можете понять, что происходит в этих электрических цепях вашего автомобиля. Тест на падение напряжения в основном означает проверку наличия необычно высокого электрического сопротивления в проводах, соединителях, крепежах, компонентах и клеммах. Электрическое сопротивление неплохое. На самом деле вам нужно сопротивление в той или иной форме для правильной работы схемы.
Целью схемы может быть управление лампочкой, датчиком, приводом, вентилятором или любым другим соответствующим автомобильным электрическим устройством. Каждое из этих устройств представляет собой сопротивление в цепи, которая потребляет напряжение, чтобы использовать электрический ток для выполнения своей работы.
Длина кабеля может большой, что потребует значительного времени на переход с одного места на другое. За этот период напряжение в сети способно измениться по разным причинам, что исказит конечный результат. Поэтому такие замеры принято выполнять одновременно с двух сторон, привлекать помощника со средствами связи и вторым измерительным высокоточным прибором.
Однако корродированные, рыхлые, сожженные или сломанные соединители или провода также приводят к некоторому сопротивлению в цепи. Но это нежелательное сопротивление, потому что оно препятствует достижению определенного или полного электрического тока его целевому назначению, в результате чего нагрузки в цепи работают плохо или вообще не работают. Это нежелательное сопротивление - это то, что после испытания на падение напряжения.
Как используется тест на падение напряжения
Мы будем использовать простую диаграмму, изображенную выше, чтобы проиллюстрировать точки в цепи, о которой вы говорите, во время теста на падение напряжения. В цепи имеется предохранитель для защиты и переключатель для включения и выключения лампы. Предположим, что лампа в нашей цепи тускнеет. Другими словами, полный ток не достигает лампы. Таким образом, помимо лампы, некоторые другие нежелательные сопротивления в цепи снижают напряжение и «крадут» ток.
Поскольку вольтметры измеряют действующую величину напряжения, то разница их показаний укажет на величину потерь, образованную арифметическим вычитанием модулей векторов на входе и выходе кабеля.
В качестве примера рассмотрим приведенные на верхних фотографиях цепи измерительных трансформаторов напряжения. Допустим, что линейная величина на входе кабеля замерена с точностью до десятых долей и равно 100,0 вольт, а на выходных клеммах, подключенных к нагрузке, она составила 99,5 вольта. Это значит, что потери напряжения определены как 100,0-99,5=0,5 V. При переводе в проценты они составили 0,5%.
Во-первых, нам нужно проверить напряжение в системе. Включите фары в течение одной минуты. При напряжении 6 В или более аккумулятор полностью заряжен; при 4 В батарея заряжается на 75%; при 3 В, батарея заряжается на 30%. Теперь мы запустим двигатель и дадим ему простоя. Затем включите переключатель, чтобы активировать схему лампы.
Как выполняется расчет на практике
Затем мы проверяем падение напряжения на стороне питания схемы. Поэтому мы подключаем вольтметр по точкам и точке. Счетчик считывает около 10 падения напряжения на стороне питания схемы. Поэтому мы предполагаем, что эта сторона схемы работает так, как должна.
Принцип расчета потерь напряжения
Вернёмся к векторной диаграмме векторов падения и потерь напряжения. Когда конструкция кабеля известна, то по удельному сопротивлению, толщине и длине металла токоведущей жилы вычисляется ее активное сопротивление.
Удельное реактивное сопротивление и длина позволяют определить полное реактивное сопротивление кабеля. Часто для расчета вполне достаточно взять справочник с таблицами и вычислить оба вида сопротивлений (активное и реактивное).
Расчет ЛЭП на потерю напряжения
Теперь мы переходим к заземлению схемы. Счетчик считывает 80 падения напряжения. Все, что выше 2В или 3В, означает, что в цепи есть нежелательное сопротивление. Таким образом, наши тесты напряжения показывают, что мы имеем какое-то нежелательное сопротивление где-то на стороне заземления. Теперь нам нужно определить, где на стороне заземления цепи падает напряжение.
Нагрузка в цепи должна потреблять общее напряжение батареи для правильной работы. Чтобы найти нежелательное сопротивление, мы проводим испытание на падение напряжения при каждом соединении на стороне заземления цепи. Это означает, что часть соединения переключателя имеет некоторую коррозию, соединение ослаблено, или некоторые из проволочных нитей сломаны и только некоторые из них все еще прикреплены к разъему, что создает нежелательное сопротивление. Таким образом, мы обнаружили, что часть схемы заставляла нашу лампу работать плохо.
Зная два катета прямоугольного треугольника вычисляют гипотенузу — значение комплексного сопротивления.
Кабель создается для передачи тока номинальной величины. Умножив его численное значение на комплексное сопротивление узнаем величину падения напряжения — сторону ас. Аналогично вычисляются оба катета: ak (I∙R) и kс (I∙X).
Далее выполняются простые тригонометрические вычисления. В треугольнике ake определяется катет ae умножением I∙R на cos φ, а в Δ сkf — длина стороны cf (I∙X умножается на sin φ). Обращаем внимание, что отрезок cf равен длине отрезка ed, как противоположной стороне прямоугольника.
Складываем полученные длины ae и ed. Узнаем протяженность отрезка ad, которая чуть-чуть меньше, чем ab или потери напряжения. В силу малой величины bd этим значением проще пренебречь, чем пытаться его учитывать в расчетах, что практически всегда и делают.
Вот такой несложный алгоритм заложен в основу расчета двухжильного кабеля при питании его переменным синусоидальным током. Методика действует с небольшими корректировками и для цепей постоянного тока.
В трехфазных линиях, работающих по трех- или четырехжильным кабелям подобная методика расчета используется для каждой фазы. За счет этого она намного усложняется.
Как выполняется расчет на практике
Времена, когда подобные расчеты производились вручную по формулам уже давно прошли. В проектных организациях давно используются специальные таблицы, графики и диаграммы, сведенные в технические справочники. Они избавляют от рутинной работы выполнения многочисленных математических операций и связанных с ними ошибок оператора.
В качестве примера можно привести методики, изложенные в общедоступных справочниках:
Федорова по электроснабжению за 1986 год;
по проектным работам для электроснабжения линий электропередач и электросетей под редакцией Большмана, Круповича и Самовера.
С массовым внедрением в нашу жизнь компьютеров стали разрабатываться программы расчета потерь напряжения, значительно облегчающие этот процесс. Они создаются как для выполнения сложных расчетов сетей электроснабжения проектными организациями, так и приближенной оценки предварительных результатов использования отдельного кабеля.
Владельцы электротехнических сайтов для этих целей размещают на своих ресурсах различные калькуляторы, которые позволяют быстро оценить возможности кабелей разных марок. Чтобы их найти достаточно в поиске Гугл ввести соответствующий запрос и выбрать один из сервисов.
В качестве примера рассмотрим работу калькулятора такого вида.
Сделаем ему тестовое испытание и введем исходные данные в соответствующие поля:
переменный ток;
алюминий;
длина линии — 400 м;
сечение кабеля — 16 мм кв (скорее всего это не кабель, а одна жила);
расчет по мощности — 100 Вт;
количество фаз — 3;
напряжение сети — 100 вольт;
коэффициент мощности —0,92;
температура — 20 градусов.
Жмем кнопку «Расчет потерь напряжения в кабеле» и смотрим на итог работы сервиса.
Получился результат довольно правдоподобный: 0,714 вольта или 0,714%.
Попробуем его перепроверить на другом сайте. Для этого заходим на конкурирующий сервис и вводим те же значения.
В итоге получаем быстрый расчет.
Теперь можно сравнить результаты, выполненные разными сервисами. 0,714-0,693373=0,021 вольта.
Точность расчета в обоих случаях вполне приемлема не только для быстрого анализа эксплуатационных характеристик кабеля, но и для других целей.
Метод сравнения работы двух онлайн сервисов показал их работоспособность и отсутствие ошибок ввода данных, которые может совершить человек по невнимательности.
Однако, выполнив подобный расчет успокаиваться рано. Надо сделать вывод о пригодности выбранного кабеля для работы при конкретных условиях эксплуатации. Для этого существуют технические требования к допустимым отклонениям напряжения от нормы.
Нормативные документы по отклонению напряжения от номинальной величины
В зависимости от государственной принадлежности пользуются одним из нижеперечисленных.
ТКП 45—4.04—149—2009 (РБ)
Документ действует на территории республики Беларусь. При получении результата обращайте внимание на пункт 9.23.
СП 31—110-2003 (РФ)
Действующие нормативы предусмотрены для применения на объектах электроснабжения Российской Федерации. Рассматривайте пункт 7.23.
Заменил 1 января 1999 года межгосударственный стандарт, ГОСТ 13109 от 1987 года. Анализируйте по пункту 5.3.2.
Способы снижения потерь в кабеле
Когда расчет потерь напряжения в кабеле выполнен и результат сравнен с требованиями нормативных документов, то можно сделать вывод о пригодности кабеля для работы.
Если результат показал, что погрешности завышены, то необходимо выбирать другой кабель или уточнять условия его эксплуатации. На практике часто встречается типичный случай, когда уже у работающего кабеля методами замеров выявили, что потери напряжения в нем превышают допустимые нормы. За счет этого качество электроснабжения объектов понижается.
В такой ситуации необходимо принимать дополнительные технические мероприятия, позволяющие уменьшить материальные затраты, необходимые на полную замену кабеля за счет:
1. ограничения протекающей нагрузки;
2. увеличения площади поперечного сечения токопроводящих жил;
3. уменьшения рабочей длины кабеля;
4. снижения температуры эксплуатации.
Влияние передаваемой по кабелю мощности на потери напряжения
Протекание тока по проводнику всегда сопровождается выделением тепла в нем, а нагрев сказывается на его проводимости. Когда через кабель передаются повышенные мощности, то они, создавая большую температуру, увеличивают потери напряжения.
Чтобы их уменьшить иногда вполне достаточно часть потребителей, получающих электроэнергию по кабелю, просто отключить и перезапитать по другой, обходной цепочке.
Этот способ приемлем для разветвленных схем с большим количеством потребителей и резервных магистралей для их подключения.
Увеличение площади сечения жилы кабеля
Этим методом часто пользуются для снижения потерь в цепях измерительных трансформаторов напряжения. Если подключить к работающему кабелю еще один и соединить их жилы параллельно, то токи раздвоятся и уменьшат нагрузку в каждом проводе. Потери напряжения тоже снижаются, а точность работы измерительной системы восстанавливается.
Пользуясь таким способом важно не забывать вносить изменения в исполнительную документацию и особенно схемы монтажа, которыми пользуется ремонтно-оперативный персонал для проведения периодических технических обслуживаний. Это предотвратит ошибки работников.
Уменьшение рабочей длины кабеля
Способ не типичный, но в отдельных случаях им можно воспользоваться. Дело в том, что схемы прокладки кабельных трасс на многих развитых предприятиях энергетики постоянно развиваются и совершенствуются применительно к доставляемому оборудованию.
За счет этого создаются возможности переложить кабель с сокращением его длины, что снизит в итоге потери напряжения.
Влияние температуры окружающей среды
Работа кабеля в помещениях с повышенным нагревом ведет к нарушению теплового баланса, увеличению погрешностей его технических характеристик. Прокладка по другим магистралям или применение слоя теплоизоляции может снизить потери напряжения.
Как правило, эффективно улучшить характеристики кабеля удается одним или несколькими способами при комплексном их применении. Поэтому, когда возникает подобная необходимость, важно просчитать все возможные пути решения проблемы и выбрать наиболее приемлемый вариант для местных условий.
Следует учитывать, что грамотное ведение электрического хозяйства требует постоянного анализа оперативной обстановки, предвидения вариантов развития событий, умения просчитывать различные ситуации. Эти качества выделяют хорошего электрика из общей массы обычных работников.
Провода и кабели предназначены для передачи электроэнергии потребителям. При этом в протяженном проводнике падает напряжение пропорционально его сопротивлению и величине проходящего тока. В итоге к потребителю напряжение подается несколько меньше, чем оно было у источника (в начале линии). По всей длине провода потенциал будет изменяться из-за потерь в нем.
Потери напряжения в домашнем освещении
Выбор сечения кабеля производится с целью обеспечения его работоспособности при заданном максимальном токе. При этом следует учитывать его длину, от которой зависит еще один важный параметр – падение напряжения.
Линии электропередач выбирают по нормированному значению экономической плотности тока и рассчитывают на падение напряжения. Его отклонение от исходного не должно превышать заданных значений.
Величина проходящего через проводник тока зависит от подключаемой нагрузки. При ее увеличении возрастают также потери на нагрев.
На рисунке выше изображена схема подачи напряжения на освещение, где на каждом ее участке обозначены потери напряжения. Наиболее важной является самая удаленная нагрузка, и потери напряжения большей частью производятся для нее.
Потеря напряжения
Расчет потери напряжения ∆ U на участке цепи длиной L делают по формуле:
∆U = (P∙r 0 +Q∙x 0)∙L/ U ном, где
- P и Q – мощности, Вт и вар (активная и реактивная);
- r 0 и x 0 – активное и реактивное сопротивления линии, Ом/м;
- U ном – номинальное напряжение, В.
- U ном указывается в характеристиках электроприборов.
Согласно ПУЭ, допустимые отклонения напряжения от нормы следующие:
- силовые цепи – не выше ±5 %;
- схемы освещения жилых помещений и снаружи зданий – до ±5 %;
- освещение предприятий и общественных зданий – от +5 % до -2,5 %.
Общие потери напряжения от трансформаторных подстанций до самой удаленной нагрузки в общественных и жилых зданиях не должны превышать 9%. Из них 5% относится к участку до главного ввода и 4% от ввода до потребителя. В соответствии с ГОСТ 29322-2014 номинал напряжения в трехфазных сетях – 400 В. При этом допускается отклонение от него на ±10% при нормальных условиях эксплуатации.
Нужно обеспечить равномерную нагрузку в трехфазных линиях на 0,4 кВ. Здесь важно, чтобы каждая фаза была нагружена равномерно. Для этого электродвигатели подключаются к линейным проводам, а освещение – между фазами и нейтралью, уравнивая таким образом нагрузки по фазам.
В качестве исходных данных используют значения токов или мощностей. Для протяженных линий учитывается индуктивное сопротивление, когда рассчитывают ∆U в линии.
Сопротивление x 0 проводов принимают в диапазоне от 0,32 до 0,44 Ом/км.
Расчет потерь в проводниках производят по ранее приведенной формуле, где удобно разделить правую часть на активную и реактивную составляющие:
∆U = P∙r 0 ∙L / U ном + Q∙x 0 ∙L/ U ном,
Подключение нагрузки
Нагрузка подключается разными способами. Наиболее распространены следующие:
- подключение нагрузки в конце линии (рис. а ниже);
- равномерное распределение нагрузок по длине линии (рис. б);
- линия L1, к которой подключена другая линия L2 с равномерно распределенными нагрузками (рис. в).
Схема, на которой показаны способы подключения нагрузок от электрощита
Расчет ЛЭП на потерю напряжения
- Выбор средней величины реактивного сопротивления для жил из алюминия или сталеалюминия, например, в 0,35 Ом/км.
- Расчет нагрузок P, Q.
- Расчет реактивной потери:
∆U p = Q∙x 0 ∙L/U ном.
Определение допустимой активной потери из разности между потерей напряжения, которая задана, и вычисленной реактивной:
∆U a = ∆U — ∆U p .
Сечение провода находится из отношения:
s = P∙L∙r 0 /(∆U a ∙U ном).
Выбор ближайшего значения сечения из стандартного ряда и определение по таблице активного и реактивного сопротивлений на 1 км линии.
На рисунке изображен ряд сечений жил кабеля разных размеров.
Кабельные жилы разных сечений
По полученным значениям рассчитывается уточненная величина падения напряжения по формуле, приведенной ранее. Если оно превысит допустимую, следует взять провод больше из того же ряда и произвести новый расчет.
Пример 1. Расчет кабеля при активных нагрузках.
Для расчета кабеля, прежде всего, следует определить суммарную нагрузку всех потребителей. За исходную можно принять P = 3,8 кВт. Сила тока находится по известной формуле:
Если все нагрузки активные, cosφ=1.
Подставив в формулу значения, можно найти ток, который будет равен: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 А.
По таблицам находится сечение в кабеле, для медных проводников составляющее 1,5 мм 2 .
Теперь можно найти сопротивление кабеля длиной 20 м: R=2∙r 0 ∙L/s=2∙0,0175 (Ом∙мм 2)∙20 (м)/1,5 (мм 2)=0,464 Ом.
В формуле расчета сопротивления для двухжильного кабеля учитывается длина обеих жил.
Определив величину сопротивления кабеля, можно легко найти потери напряжения: ∆U=I∙R/U∙100 % =17,3 А∙0,464 Ом/220 В∙100 %=3,65 %.
Если на вводе номинальное напряжение составляет 220 В, то допустимые отклонения до нагрузки составляют 5%, а полученный результат не превышает ее. Если бы было превышение допуска, пришлось бы взять больший провод из стандартного ряда, с сечением, составляющим 2,5 мм 2 .
Пример 2. Расчет падения напряжения при подаче питания на электродвигатель.
Электродвигатель потребляет ток при следующих параметрах:
- I ном = 100 А;
- cos φ = 0,8 в нормальном режиме;
- I пусковой = 500 А;
- cos φ = 0,35 при пуске;
- падение напряжения на электрощите, распределяющем ток 1000 А, составляет 10 В.
На рис. а ниже изображена схема питания электродвигателя.
Схемы питания электродвигателя (а) и освещения (б)
Чтобы избежать вычислений, применяют достаточно точные для практического применения таблицы с уже рассчитанным ∆U между фаз в кабеле длиной 1 км при величине тока 1 А. В приведенной ниже таблице учитываются величины сечения жил, материалы проводников, тип цепи.
Таблица для определения потерь напряжения в кабеле
| Сечение в мм 2 | Однофазная цепь | Сбалансированная трехфазная цепь | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Питание двигателя | Освещение | Питание двигателя | Освещение | ||||
| Обычный раб. режим | Запуск | Обычный раб. режим | Запуск | ||||
| Cu | Al | cos ȹ = 0,8 | cos ȹ = 0,35 | cos ȹ = 1 | cos ȹ = 0,8 | cos ȹ = 0,35 | cos ȹ = 1 |
| 1.5 | 24 | 10,6 | 30 | 20 | 9,4 | 25 | |
| 2,5 | 14,4 | 6,4 | 18 | 12 | 5,7 | 15 | |
| 4 | 9,1 | 4,1 | 11,2 | 8 | 3,6 | 9,5 | |
| 6 | 10 | 6,1 | 2,9 | 7,5 | 5,3 | 2,5 | 6,2 |
| 10 | 16 | 3,7 | 1,7 | 4,5 | 3,2 | 1,5 | 3,6 |
| 16 | 25 | 2,36 | 1,15 | 2,8 | 2,05 | 1 | 2,4 |
| 25 | 35 | 1,5 | 0,75 | 1,8 | 1,3 | 0,65 | 1,5 |
| 35 | 50 | 1,15 | 0,6 | 1,29 | 1 | 0,52 | 1,1 |
| 50 | 70 | 0,86 | 0,47 | 0,95 | 0,75 | 0,41 | 0,77 |
| 70 | 120 | 0,64 | 0,37 | 0,64 | 0,56 | 0,32 | 0,55 |
| 95 | 150 | 0,48 | 0,30 | 0,47 | 0,42 | 0,26 | 0,4 |
| 120 | 185 | 0,39 | 0,26 | 0,37 | 0,34 | 0,23 | 0,31 |
| 150 | 240 | 0,33 | 0,24 | 0,30 | 0,29 | 0,21 | 0,27 |
| 185 | 300 | 0,29 | 0,22 | 0,24 | 0,25 | 0,19 | 0,2 |
| 240 | 400 | 0,24 | 0,2 | 0,19 | 0,21 | 0,17 | 0,16 |
| 300 | 500 | 0,21 | 0,19 | 0,15 | 0,18 | 0,16 | 0,13 |
Падение напряжения при нормальной работе электродвигателя составит:
∆U% = 100∆U/U ном.
Для сечения 35 мм 2 ∆U на ток 1 А составит 1 В/км. Тогда при токе 100 А и длине кабеля 0,05 км потери будут равны ∆U = 1 В/А км∙100 А∙ 0,05 км = 5 В. При добавлении к ним падения напряжения на щите 10 В, получатся общие потери ∆U общ = 10 В + 5 В = 15 В. В результате потери в процентах составят:
∆U% = 100∙15/400 = 3,75 %.
Эта величина значительно меньше разрешенных потерь (8 %), и она считается допустимой.
При запуске электродвигателя, его ток увеличивается до 500 А. Это на 400 В больше его номинального тока. На эту же величину возрастет нагрузка на щите распределения. Она составит 1400 А. На нем падение напряжения пропорционально увеличится:
∆U = 10∙1400/1000 = 14 В.
По таблице падение напряжения в кабеле составит: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 В. В сумме пусковые потери двигателя составят ∆U общ = 13+14 = 27 В. После следует определить, сколько это будет в процентном отношении: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Результат оказывается в пределах допустимого, поскольку не превышает предельные 8%.
Защиту для электродвигателя следует подбирать таким образом, чтобы напряжения срабатывания было больше, чем при пуске.
Пример 3. Расчет ∆U в цепях освещения.
Три однофазные осветительные цепи подключены параллельно к питающей трехфазной четырехпроводной линии, состоящей из проводников на 70 мм 2 , длиной 50 м, проводящей ток 150 А. Освещение является только частью нагрузки линии (рис. б выше).
Каждая цепь освещения выполнена из медного провода длиной 20 м, сечением 2,5 мм 2 и проводит ток 20 А. Все три нагрузки подключены к одной фазе. При этом линия питания сбалансирована по нагрузкам.
Требуется определить падение напряжения в каждой из цепей освещения.
Падение напряжения в трехфазной линии определяется по действующей нагрузке, заданной в условиях примера: ∆U линии фаз = 0,55∙150∙0, 05 = 4,125 В. Это – потери между фазами. Для решения задачи надо найти потери между фазой и нейтралью: ∆U линии ф-н = 4,125/√3 = 2,4 В.
Падение напряжения для одной однофазной цепи составляет ∆U осв = 18∙20∙0,02=7,2 В. Если сложить потери в питающей линии и цепи, то в сумме они составят ∆U осв общ = 2,4+7,2 = 9,6 В. В процентном отношении это будет 9,6/230∙100 = 4,2 %. Результат является удовлетворительным, поскольку он меньше допустимой величины 6 %.
Проверка напряжения. Видео
Каким образом осуществляется проверка падения напряжения на кабелях разных видов, можно узнать из представленного ниже видео.
При подключении электроприборов важно правильно рассчитать и выбрать подводящие кабели и провода, чтобы потери напряжения в них не превышали допустимые. К ним также добавляются потери в питающей сети, которые следует суммировать.
